導波路放出光解析による量子細線の光吸収測定

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1 導波路放出光解析による量子細線の光吸収測定
東京大学大学院理学系研究科 物理学専攻 岡田高幸

2 Chapter 1 序論 半導体T型量子細線とは 論文の構成

3 半導体Ｔ型量子細線とは 導波路の内部に平行に細線が埋め込まれている 構造が制御しやすい反面、作製が困難で品質が成長条件に大きく依存
さて、まずT型量子細線について簡単に説明をします。 まず、MBE装置内でガリ砒素基板上の（001）面に量子井戸を作製します。 次に試料をMBE装置から取り出した後、研磨、傷入れをおこない、今度はターゲットのほうに（110）面を向ける形でMBE装置に配置します。 そして、MBE装置内でへきかいし、 （110）面にもうひとつの量子井戸を作製します。 （クリック） 量子井戸の光線部分を拡大してみるとこのようになっています。 量子井戸の交点部分に電子と正孔が閉じこもっており、 スクリーンに垂直な方向に量子細線が形成されます。 我々は、こちらの量子井戸をTの腕という意味で、アーム井戸、 こちらの量子井戸をTの幹という意味で、ステム井戸と呼んでいます。 この構造のメリットは構造が制御しやすいことで、 デメリットは作製が困難であり、品質が成長条件に大きく依存することです。 導波路の内部に平行に細線が埋め込まれている 構造が制御しやすい反面、作製が困難で品質が成長条件に大きく依存 L. N. Pfeiffer et al., APL 56, 1679 (1990).

4 論文の構成 序論 本研究の背景と目的 T-細線の試料構造と発光スペクトル 低温における光吸収スペクトル 光吸収スペクトルの温度依存性 まとめ

5 Chapter 2 本研究の背景と目的 顕微透過測定実験 点励起導波路放出光フリンジ解析実験 Hakki and Paoli法とCassidy法 本研究の目的

6 顕微透過測定実験 Y. Takahashi, et al APL. 86 243101(2005)

7 点励起導波路放出光フリンジ解析実験 早水裕平, 博士論文(2005)

8 Hakki and Paoli 法とCassidy法
B. W. Hakki and T. L. Paoli, J. Appl. Phys. 44, 4113(1973) D. T. Cassidy, Appl. Opt. 22, 3321(1983) ; D. T. Cassidy, J. Appl. Phys. 56, 3096(1984)

9 本研究の目的 透過測定法では、その技術的な難しさのためにHe温度と室温の中間温度での吸収スペクトルが得られていない。
導波路放出光フリンジ解析法では、吸収係数の決定精度が悪い。 導波路放出光を利用した、透過測定法に替わる簡便な実験手法の開発 He温度-室温にわたる温度領域での励起子吸収スペクトルの測定

10 Chapter 3 T-細線の試料構造と発光スペクトル

11 3周期T-細線の作製方法 M. Yoshita, et al JJAP. 40, L252(2001)
L. N. Pfeiffer, et al APL. 56, 1697(1990)

12 3周期T-細線の試料構造

13 発光スペクトル(細線に垂直方向にスキャン)
発光スペクトル(細線に垂直方向にスキャン)　

14 発光スペクトル(細線に平行方向にスキャン)

15 発光スペクトル(励起強度依存性) arm exc. stem exc.

16 Chapter 4 低温における光吸収スペクトル
実験原理 実験方法と計算機シミュレーション 導波路放出光の測定 吸収スペクトルの導出 5Kにおける吸収スペクトル

17 実験原理

18 実験方法と計算機シミュレーション

19 導波路放出光の測定

20 吸収スペクトルの導出

21 5Kにおける吸収スペクトル

22 Chapter 5 光吸収スペクトルの温度依存性
100Kにおける吸収スペクトル 200Kにおける吸収スペクトル 297Kにおける吸収スペクトル 吸収スペクトルの温度変化

23 100Kにおける吸収スペクトル

24 200Kにおける吸収スペクトル

25 297Kにおける吸収スペクトル

26 吸収スペクトルの温度変化Ⅰ

27 吸収スペクトルの温度変化Ⅱ ① 測定したピークエネルギーと励起子吸収ピークエネルギーの理論値が一致した。
①　測定したピークエネルギーと励起子吸収ピークエネルギーの理論値が一致した。 ④　ピークの積分強度が温度に対して保存した。 この吸収ピークの起源は1次元励起子である。　 同一試料を用いて5K-室温にわたる励起子吸収の温度依存性を測定することができた。

28 Chapter 6 本論文のまとめ

29 まとめ 導波路放出光を利用した光吸収測定方法を開発した。 精度の良い結果を得るための実験条件を明らかにした。 同一試料を用いて1次元励起子吸収の温度依存性を観測することに成功した。